JP3680294B2 - 斜杭からなる組杭による山留め工法 - Google Patents

斜杭からなる組杭による山留め工法 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、杭を鉛直線に対して傾斜させた所謂斜杭からなる組杭による山留め工法の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来、大規模な平面を有する掘削工事における山留め工法としては、▲1▼切梁工法、▲2▼地盤アンカー工法、▲3▼アイランド工法が一般的に実施されている。
前記▲1▼の切梁工法は、向かい合う山留め壁の間に切梁を略水平に架設し、同山留め壁を押さえている腹起しを前記切梁で支持せしめる工法である。しかし、大規模な平面を有する掘削工事の場合、山留め壁の間隔が広くなることより切梁の延べ長さが長くなり、それに伴い材料費、施工費のコストが嵩むと云う問題があった。
【0003】
前記▲2▼の地盤アンカー工法は、地中に地盤アンカーを施工し、同地盤アンカーに緊張力を与えて山留め壁に定着させ同山留め壁を支持せしめる工法である。しかし、敷地境界の外側に地盤アンカーを打設する場合には、山留め壁外側の既設埋設物に及ぼす障害や、条例等の法的な条件により地盤アンカー打設の許可が得られない場合があると云う問題があった。
【0004】
前記▲3▼のアイランド工法は、掘削底の中央部に地下躯体を施工し、該地下躯体と山留め壁との間に切梁を架設し同山留め壁を支持せしめる工法である。しかし、前記地下躯体が築造され、所定の強度が得られてから切梁を架設して山留め壁を支持させるので、その間は前記地下躯体外周部の掘削工事に着手することができず、地下工事の工程の遅延につながると云う問題があった。また、外周部の工事を先行したいような場合は工程的に不適当であるという問題もあった。
【0005】
そこで、例えば特開平7−252835号公報に開示されている山留め工法が注目される。この山留め工法は、図11に示したように、法面fで山留め壁1を支持した状態で支持杭aを掘削底gから支持層へ到達するまで打設し、同支持杭aの杭頭部をコンクリートで一体的に固着して基礎部bを形成し、同基礎部bに斜め切梁cに対して釣り合いを保つように地盤アンカーdを施工し、同地盤アンカーdを緊張し定着させた後に、前記斜め切梁cを架設し、その後法面fを掘削して山留め壁1を支持せしめる工法である。図中の符号eは地盤、符号2は腹起しを示している。
【0006】
この山留め工法は、前記▲1▼、▲2▼、▲3▼の工法の問題点を解消しているので、一見、万全な山留め工法を提供しているように見える。
【0007】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平7−252835号公報に記載された山留め工法は、下記するような問題点がある。
I) 地盤アンカーdを緊張したときに、支持杭aには前記緊張力による水平力が図面中の右向きに作用し曲げモーメントが発生する。また、斜め切梁cを架設後に法面fの掘削を行うと斜め切梁cに軸力が生じ、支持杭aには水平力が図面中の左向きに作用する。地盤アンカーdの鋼より線は細く剛性は小さいので、支持杭aは紙面の左方向に変形し、前記右向きに作用する曲げモーメントとは逆向きの曲げモーメントが支持杭aに発生して支持杭aが破壊し易くなる。即ち、力学上、前記支持杭aを破壊しないようにするためには杭径を大きくする等の対策が必須となり、仮設材としてのみ使用する支持杭aとしては余りにも不経済である。
II) 切梁cの支持点は掘削底gであり、切梁cは傾斜させて山留め壁1を支持するほか無い。よって、斜め切梁cの耐力をPとすればPcosωの力でしか山留め壁1を支持できず、合理的とは到底云えない。
III) 少なくとも斜め切梁cの支持点となる掘削底まで掘削する必要があり、法面fの部分の土が少ないことから特に地盤条件が悪い場合は斜め切梁cを架設する前に山留め壁1が大きく変位してしまう虞がある。
【0008】
したがって、本発明の目的は、大規模な平面を有する掘削工事において、周辺環境の条件に影響されず、安価で、施工が容易であり、上記列挙した各従来技術と略同等の支持耐力を有する合理的で安全性の高い斜杭からなる組杭による山留め工法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項1の発明に係る斜杭からなる組杭による山留め工法は、
地盤の掘削部の周囲に山留め壁を構築する工程と、
留め壁側に斜め切梁を架設するのに適切な傾斜の法面を残す形に、斜杭を施工する深度まで、地盤の第一次掘削を行う工程と、
第一次掘削の底面から地盤中へ少なくとも2本の斜杭を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材で接合して組杭とする工程と、
前記連結部材と、山留め壁の上部に設けた腹起しとの間に斜め切梁を架設する工程と、
前記傾斜の法面を解消する掘削を行って第一次掘削を完成する工程と、
前記連結部材と前記山留め壁の中部に設けた腹起しとの間に切梁を略水平に架設することにより前記山留め壁を支持せしめる工程と、
地盤の第二次掘削を進める工程と、
から成ることを特徴とする。
【0011】
請求項に記載した発明に係る斜杭からなる組杭による山留め工法は、請求項1に記載した2本の斜杭は、山留め壁に対して直交する鉛直面内に軸線が含まれ、平面方向に見ると略180度向きを変えた対称的配置として同2本の斜杭を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材で互いに接合して組杭とすることを特徴とする。
【0012】
請求項に記載した発明に係る斜杭からなる組杭による山留め工法は、請求項1に記載した架設した切梁にプレロードを導入することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施形態及び実施例】
以下に、図面に基づいて本発明の実施形態及び実施例を説明する。
図1〜図3は、参考例として斜杭からなる組杭による山留め工法の異なる実施形態を示している。図1〜図3に示した山留め工法は、先ず地盤8の掘削部の周囲に山留め壁1を構築し、地盤8の第一次掘削を行い、第一次掘削の底面D1から地盤中へ3本(図1、図2)又は4本(図3)の斜杭3を各々の杭頭部が掘削底面D1上に集合する配置で地盤中に十分に反力をとる深さまで打設し、集合した杭頭部を連結部材5で接合して組杭7とする。そして、前記山留め壁1には、同山留め壁1を内側(掘削部側)から支持するために腹起し2を架設し、前記連結部材5と腹起し2との間に切梁4を略水平に架設して、山留め壁1を支持せしめている。その後、所望の深度D2まで第二次、第三次の地盤掘削作業を進め、斜杭からなる組杭による山留め工法の施工を行う。
【0014】
なお、前記各実施形態では、連結部材5としてコンクリートブロック5を打設することにより前記3本又は4本の斜杭3の杭頭部を一体化させて組杭7としている。前記切梁4を架設する際には、同切梁4と腹起し2、組杭7の杭頭部(コンクリートブロック5)との接合に生ずるゆるみや切梁4自体の初期歪みを補完する大きさのプレロードを導入する。また、各図示例の斜杭3の傾斜角度はこれに限定されない。山留め壁1を十分に支持するに適正な傾斜角度に決定される。斜杭3の材質は、H形鋼杭、鋼管杭、PC杭等など十分に支持力を伝達し得るものであれば特に限定はしない。以下に説明する実施形態及び実施例においても同様の技術的思想とする。
【0015】
前記斜杭3の配置に関して説明すると、図1は、3本の斜杭3を、図1Aのように正面方向に見ると水平面に対し約65度傾けた二又形状とし、図1Bのように平面方向に見ると連結部材5を中心として1本は切梁4の直下位置に、他の2本は山留め壁1に対して踏んばる形の二又形状に配置されている。図2は、3本の斜杭を、山留め壁1に対して直交する線の鉛直面内に斜杭3の軸線が含まれるようにそれぞれ異なる角度で配置されている。図3は、4本の斜杭3を、図3Aのように正面方向に見ると水平面に対し約65度傾けた二又形状とし、図3Bのように平面方向に見ると右側2本の斜杭は連結部材5を中心として山留め壁1に対して踏んばる形の二又形状とし、左側の2本は同二又形状と対称配置の二又形状に配置されている。
【0016】
図4A,Bは、異なる参考例として斜杭からなる組杭による山留め工法の実施例を示している。この実施例は、斜杭3を2本用い、同2本の斜杭3,3は、図4Bに示したように、山留め壁1に対して直交する鉛直面内に軸線が含まれ、平面方向に見ると略180度向きを変えた対称的配置として同2本の斜杭3,3を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材5で互いに接合して組杭7としている。
【0017】
この山留め工法も、前記図1〜図3に示した山留め工法と略同様の工程で行う。即ち、図5Aに示したように、先ず地盤8の掘削部の周囲に山留め壁1を構築し、地盤8の第一次掘削を行い、第一次掘削の底面D1′から地盤中へ2本の斜杭3を前記した配置で地盤中に十分に反力をとる深さまで打設する。そして、図5Bに示したように、集合した杭頭部が露出し同杭頭部を連結部材5で接合するのに適した深度D1まで掘削を進めて第一次掘削を完成する。そして、斜杭3,3の杭頭部を連結部材5で接合して組杭7とし、前記山留め壁1には、同山留め壁1を内側(掘削部側)から支持するために腹起し2を架設し、前記連結部材5と腹起し2との間に切梁4を略水平に架設して、山留め壁を支持せしめている。その後、所望の深度D2まで第二次、第三次の地盤掘削作業を進め、斜杭からなる組杭による山留め工法の施工を行う。
【0018】
なお、集合した斜杭3,3の杭頭部を連結部材5で接合して組杭7を施工するに際し、一般的には、この山留め工法のように深度D1′から深度D1へ掘削を進めて斜杭3,3の杭頭部を十分に露出させてから組杭7を施工することが通例であるが、これに限定されない。斜杭3,3の杭頭部の周辺の地盤のみを掘削して組杭7を施工しても良いし、斜杭3,3の杭頭部を予め露出するよう型枠を使用する等して施工した後、組杭7を施工しても良い。図1〜図3に例示した異なる実施形態及び以下に説明する実施形態及び実施例においても同様の技術的思想とする。
【0019】
上記図4及び図5で示した組杭7の働きを図6に基づいて説明すると、各斜杭3,3の周面摩擦抵抗力(R)に対して、F=2Rsinθの式で求められる水平方向の抵抗力(F)を期待できることを応用している。組杭7を構成する2本の斜杭3,3を平面方向に見て対称的配置としていることから、2本の斜杭3,3に作用する軸力は圧縮力Pと引張力Tという逆向きの負荷として相殺され、構造的に安定した架構を形成する。各斜杭3,3に発生する応力は引張り応力や圧縮応力が主で、組杭7の構造上の特性により、曲げモーメント(近似的にはM≒0)やせん断応力が小さいという利点がある。
【0020】
なお、前記した2本の斜杭の配置は、あくまでも力学上理想的な配置としているだけであり、これに限定されない。図7〜図9に例示したように、2本の斜杭3,3の角度を対称的配置に揃えない構成でも、山留め壁1を十分に支持できる。ちなみに図7及び図8は、一本の斜杭3を大きく傾斜させ、他の斜杭3を略鉛直に近い角度に配置した実施例である。図9は、2本の斜杭3,3を山留め壁側に対し、図7とは反対の傾斜角度で配置した実施例である。
【0021】
図10A〜Cは、請求項に記載した発明に係る斜杭からなる組杭による山留め工法の実施例を示している。この実施例は、山留め壁1の支持力を更に増大させるべく、水平な切梁4と斜め切梁9とを上下2段に架設したことを特徴とする。この山留め工法は、図10Aに示したように、先ず地盤8の掘削部の周囲に山留め壁1を構築し、山留め壁1側に斜め切梁9を架設するのに適切な傾斜の法面10を残す形に、斜杭3、3を施工する深度まで、地盤8の第一次掘削を行う。この第一次掘削の底面D1′から地盤中へ2本の斜杭3を前記図4A、Bに示した配置で地盤中に十分に反力をとる深さまで打設する(請求項2記載の発明、段落番号 [ 0016 ] 参照)。そして、図10Bに示したように、斜杭3,3の集合した杭頭部が露出し同杭頭部を連結部材5で接合するのに適した深度D1まで掘削を進め、斜杭3,3の杭頭部を連結部材5で接合して組杭7とする。前記山留め壁1の上部に同山留め壁1を内側(掘削部側)から支持するために腹起し2′を架設し、前記連結部材5と腹起し2′との間に斜め切梁9を架設した後、前記傾斜の法面10を解消する掘削を行って第一次掘削を完成する。その後、第一次掘削の底面D1を作業床として、前記山留め壁1の中部に腹起し2を架設し、前記連結部材5と腹起し2との間に切梁4を略水平に架設して、山留め壁を支持せしめている。その後、所望の深度D2まで第二次、第三次の地盤掘削作業を進め、斜杭からなる組杭による山留め工法の施工を行う。なお、前記切梁4(斜め切梁9)を架設する際には、前記段落番号[0014]で説明したように、切梁4(斜め切梁9)と腹起し2、組杭7の杭頭部(コンクリートブロック5)との接合に生ずるゆるみや切梁4(斜め切梁9)自体の初期歪みを補完する大きさのプレロードを導入することが好ましい(請求項3記載の発明)。
【0022】
以上、要するに、本発明に係る斜杭からなる組杭による山留め工法は、組杭を設置する位置の選択によって切梁の延べ長さを短くできる。また、地盤アンカーは一切使用せず、掘削底の中央部に地下躯体を施工する必要も無いので、上記[従来の技術]で説明した前記▲1▼、▲2▼、▲3▼の山留め工法の問題点を全て解消している。加えて、斜杭(支持杭)が構造的に安定した架構を形成しているので、斜杭3の杭径を必要以上に大きくする必要は全くなく、切梁4を略水平に架設することができるので、上記[本発明が解決しようとする課題]で説明した特開平7−252835号公報記載の山留め工法の問題点をも全て解消している。よって、周辺環境の条件に影響されず、安価で、施工が容易であり、前記各従来技術と略同等の支持耐力を有する合理的で安全性の高い斜杭からなる組杭による山留め工法を達成することができる。また、切梁を簡単に二段設けることができるので、支持耐力を更に増大させた山留め工法を達成することもできる。
【0023】
【発明が奏する効果】
本発明に係る斜杭からなる組杭による山留め工法は、大規模な平面を有する掘削工事において、周辺環境の条件に影響されず、安価で、施工が容易であり、従来一般の山留め工法と略同等の支持耐力を有する合理的で安全性の高い斜杭からなる組杭による山留め工法を達成することができる。また、切梁を簡単に二段設けることができるので、支持力を更に増大させた山留め工法を達成することもできる。更に、斜杭の打設角度、打設本数を様々に組み合わせで実施できるので山留め設計の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Aは、参考例の実施形態を示した立面図であり、Bは、同平面図である。
【図2】 Aは、参考例の実施形態を示した立面図であり、Bは、同平面図である。
【図3】 Aは、参考例の実施形態を示した立面図であり、Bは、同平面図である。
【図4】 Aは、参考例の実施例を示した立面図であり、Bは、同平面図である。
【図5】 A,Bは、図4の実施例の施工工程を段階的に示した立面図である。
【図6】 2本の斜杭からなる組杭の働きを示した模式図である。
【図7】 Aは、参考例の実施形態を示した立面図であり、Bは、同平面図である。
【図8】 Aは、参考例の実施形態を示した立面図であり、Bは、同平面図である。
【図9】 Aは、参考例の実施形態を示した立面図であり、Bは、同平面図である。
【図10】 A〜Cは、本発明の実施例の施工工程を段階的に示した立面図である。
【図11】 従来技術を示した立面図である。
【符号の説明】
1 山留め壁
2 腹起し
2′ 腹起し
3 斜杭
4 切梁
5 連結部材
6 掘削地盤
7 組杭
8 地盤
9 斜め切梁
10 法面

Claims (3)

  1. 地盤の掘削部の周囲に山留め壁を構築する工程と、
    留め壁側に斜め切梁を架設するのに適切な傾斜の法面を残す形に、斜杭を施工する深度まで、地盤の第一次掘削を行う工程と、
    第一次掘削の底面から地盤中へ少なくとも2本の斜杭を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材で接合して組杭とする工程と、
    前記連結部材と、山留め壁の上部に設けた腹起しとの間に斜め切梁を架設する工程と、
    前記傾斜の法面を解消する掘削を行って第一次掘削を完成する工程と、
    前記連結部材と前記山留め壁の中部に設けた腹起しとの間に切梁を略水平に架設することにより前記山留め壁を支持せしめる工程と、
    地盤の第二次掘削を進める工程と、
    から成ることを特徴とする斜杭からなる組杭による山留め工法。
  2. 2本の斜杭は、山留め壁に対して直交する鉛直面内に軸線が含まれ、平面方向に見ると略180度向きを変えた対称的配置として同2本の斜杭を各々の杭頭部が集合する配置で打設し、集合した杭頭部を連結部材で互いに接合して組杭とすることを特徴とする、請求項1に記載した斜杭からなる組杭による山留め工法。
  3. 架設した切梁にプレロードを導入することを特徴とする、請求項1に記載した斜杭からなる組杭による山留め工法。
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